(57)【要約】【課題】電極引き出し部分を不要として電気二重層キャパシタの密閉性を向上させると共に、形状が制約されず、小型化を図ること。【解決手段】電気二重層キャパシタ１０は、分極性電極１１の層間にセパレータ１２が介在してなるキャパシタ素子１３を、各層の集部を覆う高分子フィルム１７と、最外側層それぞれの分極性電極１１に接触する一対の導電性ポリマーフィルム１５とが溶着接合部分１９で溶着接合してなる袋体の容器で密封した構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含む分極性電極の層間にセパレータが介在されてなる電気二重層キャパシタにおいて、
前記分極性電極の最外面に接触する集電極が導電性ポリマーフィルムからなるとともに、前記導電性ポリマーフィルムが端子電極をなすことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記分極性電極及び前記セパレータの周部を覆う高分子フィルムを有し、前記導電性ポリマーフィルムと前記高分子フィルムとの接触部分が溶着接合されてなる袋体の容器で密封されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記導電性ポリマーフィルムは、一面側が前記分極性電極に接触され、他面側が露出されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記導電性ポリマーフィルムの前記一面側及び他面側の少なくとも何れか一方に金属膜を形成してなることを特徴とする請求項３に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
電解液を含む分極性電極の層間にセパレータが介在されてなる電気二重層キャパシタを複数備える蓄電装置において、
前記複数の電気二重層キャパシタの各々は、一面側が前記分極性電極に接触して集電極をなし、他面側が露出されて端子電極をなす、導電性ポリマーフィルムを備え、
前記導電性ポリマーフィルムからなる端子電極を相互に接触させて、前記複数の電気二重層キャパシタを積層してなることを特徴とする蓄電装置。
【請求項６】
前記複数の電気二重層キャパシタの各々は、前記分極性電極及び前記セパレータの周部を覆う高分子フィルムを有し、前記導電性ポリマーフィルムと前記高分子フィルムとの接触部分が溶着接合されてなる袋体の容器で密封されていることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記蓄電装置は、家屋内のデッドスペース内に埋め込まれていることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタ及びそれを備えた蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタの一種に電気二重層キャパシタが知られており、単位体積当たりの蓄積エネルギーを大きくすることができ、長寿命であるといった利点から、ＤＲＡＭなど半導体素子や種々の電子装置用のバックアップ用電源等として用いられており、例えば、特許文献１に開示されたような構造を有している。
【０００３】
ここで、従来の電気二重層キャパシタの構造について説明する。
図６は、従来の電気二重層キャパシタの構造を説明するための図である。この電気二重層キャパシタ１００は、包装容器１０７を有し、図６は包装容器１０７の一部を切断した概略斜視図を示す。電気二重層キャパシタ１００は、電解液を含む分極性電極１０１の層間に板状のセパレータ１０２が介在してなるキャパシタ素子１０３と、当該キャパシタ素子１０３を両側から挟み込む、アルミニウムなどの金属で構成される集電極１０５と、キャパシタ素子１０３及び集電極１０５を覆う袋状の包装容器１０７とを備えて構成される。また、集電極１０５からはリード（端子電極）１０６が外部に引き出され、封止部分１０９において封止がなされている。
【特許文献１】特開平１１−２１９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電気二重層キャパシタは、例えば大気中に存在する水分がキャパシタ素子の電解液に混入してしまうと、電解液の性能の低下即ち電気二重層キャパシタの性能の低下を招き易いという問題がある。このため、水分の浸入を防ぐための厳重な封止が必須であり、数多くの手法が提案されている。一方、集電極としては通常、金属板が用いられている。従って電極端子を外部に引き出す必要があり、図６の封止部分１０９に相当する電極引き出し部分に対する厳重な封止が求められる。このために、例えば封止部分の面積が増大してしまい、ひいては電気二重層キャパシタの形状が大型化してしまうという問題があった。また、電極端子を特定方向に引き出すために、キャパシタの形状が限定されてしまう、等の問題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電極引き出し部分を不要として電気二重層キャパシタの密閉性を向上させると共に、形状が制約されず、小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明はは、電解液を含む分極性電極の層間にセパレータが介在されてなる電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性電極の最外面に接触する集電極が導電性ポリマーフィルムからなるとともに、前記導電性ポリマーフィルムが端子電極をなすことを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記分極性電極及び前記セパレータの周部を覆う高分子フィルムを有し、前記導電性ポリマーフィルムと前記高分子フィルムとの接触部分が溶着接合されてなる袋体の容器で密封されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記導電性ポリマーフィルムは、一面側が前記分極性電極に接触され、他面側が露出されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電気二重層キャパシタにおいて、前記導電性ポリマーフィルムの前記一面側及び他面側の少なくとも何れか一方に金属膜を形成してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、電解液を含む分極性電極の層間にセパレータが介在されてなる電気二重層キャパシタを複数備える蓄電装置において、前記複数の電気二重層キャパシタの各々は、一面側が前記分極性電極に接触して集電極をなし、他面側が露出されて端子電極をなす、導電性ポリマーフィルムを備え、前記導電性ポリマーフィルムからなる端子電極を相互に接触させて、前記複数の電気二重層キャパシタを積層してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の蓄電装置において、前記複数の電気二重層キャパシタの各々は、前記分極性電極及び前記セパレータの周部を覆う高分子フィルムを有し、前記導電性ポリマーフィルムと前記高分子フィルムとの接触部分が溶着接合されてなる袋体の容器で密封されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の蓄電装置において、前記蓄電構造は、家屋内のデッドスペース内に埋め込まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わる電気二重層キャパシタ及びそれを備える蓄電装置によれば、電解液を含む分極性電極の層間にセパレータが介在してなる電気二重層キャパシタにおいて、分極性電極の最外面に接触する集電極が導電性ポリマーフィルムからなるとともに、該導電性ポリマーフィルムで端子電極が構成されることにより、集電極を構成する導電性ポリマーフィルムをそのまま端子電極として利用することができるため、電極引き出し部分を不要とすることができて、電気二重層キャパシタの形状が制約されず、小型化を図ることができる。
【００１４】
また、分極性電極及びセパレータの周部を覆う高分子フィルムを有し、導電性ポリマーフィルムと前記高分子フィルムとの接触部分が溶着接合されてなる袋体の容器で密封されていることにより、電気二重層キャパシタの密閉性を向上させて、信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、導電性ポリマーフィルムの他面側が露出されて端子電極をなしていることにより、複数の電気二重層キャパシタを積層することにより端子電極を相互に接続して、容量値の大きな蓄電装置を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔構造〕
（１）電気二重層キャパシタ
まず、本発明における電気二重層キャパシタの構造について説明する。
【００１７】
図１は、本発明における電気二重層キャパシタの構造を示す図である。ここで、図１（ａ）は、本発明における電気二重層キャパシタ１０の概略斜視図であり、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ面での電気二重層キャパシタ１０の断面図である。図１（ａ）に示すように、本発明における電気二重層キャパシタ１０は、所定厚の板状体をなしており、従来の電気二重層キャパシタに見られる端子のリード部分を備えない。
【００１８】
電気二重層キャパシタ１０は、セパレータ１２を分極性電極１１で挟んでなるキャパシタ素子１３が、高分子フィルム１７と導電性ポリマーフィルム１５とが接触する部分が溶融され、溶着接合部分１９で溶着接合された袋体の容器で密封された構造を有している。高分子フィルム１７は、電気二重層キャパシタ１０の周部に当たるキャパシタ素子１３の周部を覆うフィルムである。導電性ポリマーフィルム１５は、一対の分極性電極１１を両側から挟むように設けられ、一面側が分極性電極１１に接触し、他面側が外部に露出されるように構成される。これにより、電気二重層キャパシタ１０の上面及び下面の中央部が導電性ポリマーフィルムとなっている。
【００１９】
分極性電極１１は、有機溶媒系又は水溶液系の電解液が含浸された、例えば活性炭などの物質からなる電極である。尚、分極性電極１１に電解液を含浸させるのではなく、電解液中に分極性電極１１を浸す構成としても良い。
【００２０】
セパレータ１２は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：テフロン（登録商標））などの絶縁物質からなる多孔質の板状体であり、分極性電極１１の層間に挿入されることで、これらを絶縁する役割を果たす。
【００２１】
導電性ポリマーフィルム１５は、キャパシタ素子１３の周部を覆う高分子フィルム１７と溶融され、溶着接合部分１９で溶着接合されることにより、キャパシタ素子１３を密封するように構成される。つまり、導電性ポリマーフィルム１５と、高分子フィルム１７とにより１つの袋体が形成され、この袋体によりキャパシタ素子１３全体が覆われる構成となっている。フィルム同士の溶着接合により袋体には隙間が存在しないため、キャパシタ素子１３から電解液が流出したり、外部からキャパシタ素子１３に水分が混入したりすることを良好に防ぐことができて、高い密閉性が実現される。これにより、キャパシタの信頼性を向上させて、長寿命化を図ることができる。
【００２２】
袋体の一部を構成する導電性ポリマーフィルム１５は、一面側で分極性電極１１に接触しており集電極としての役割を果たすと共に、他面側が外部に露出して電気二重層キャパシタ１０の上面及び下面を構成して、外部と接続するための電極となる。つまり、電気二重層キャパシタ１０は導電性ポリマーフィルム１５からなる電極が露出した構成となっているため、従来の電気二重層キャパシタのように端子電極を引き出す必要がなく、リード部分も不要である。よって、従来の構成における端子電極の引き出し方向等に起因してキャパシタの形状が限定されてしまう問題が生じず、また、電極引き出しのための封止部分もないため、キャパシタの形状設計の自由度を高くし得ると共に、小型化を図ることができる。
【００２３】
また、導電性ポリマーフィルム１５は、露出部分の面積、及び分極性電極１１との接触部分の面積がより大きい方が電気的に有効である。導電性ポリマーフィルム１５は一般金属に比べて導電率が低いが、面積を大きくすることで、導電率の低さをある程度補うことができるからである。
【００２４】
高分子フィルム１７は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの絶縁性の樹脂製フィルムであり、キャパシタ素子１３の周部を覆うフィルムである。
【００２５】
（２）蓄電装置
次に、本実施形態における電気二重層キャパシタ１０を適用して構成される蓄電装置の一例について説明する。
図２は、本実施形態における電気二重層キャパシタを適用した蓄電装置の一構成例の概念を示す概略構成図である。図２に示すように、本実施形態における蓄電装置２０は、複数の電気二重層キャパシタ１０が、隣接する電気二重層キャパシタ１０の側面同士が互いに接触するように構成される。なお、図２（ａ）においては、便宜上、電気二重層キャパシタ１０が僅かに間隔を置いた図としているが、実際にはこの間隔は存在せず、隣接する電気二重層キャパシタ１０の側面同士が互いに当接しているものとする。
【００２６】
このように構成することにより、両側面を構成する導電性ポリマーフィルムからなる電極同士が相互に接触し、複数の電気二重層キャパシタ１０が電気的に直列に接続されることになる。また、最外側に位置する電気二重層キャパシタ１０の外側面の導電性ポリマーフィルム（集電極）は、端子電極として利用される。
【００２７】
なお、図２（ｂ）は、蓄電装置２０を構成する各電気二重層キャパシタ１０の側面の互いに接触する電極間に金属片を挟み込み、これを外部に引き出して、補助的な引き出し端子電極２１を構成するようにしたものである。このように構成することにより、補助的な引き出し端子電極２１を用いて、各電気二重層キャパシタ１０の電圧を監視することができる。
【００２８】
〔適用例〕
次に、本実施形態における蓄電装置２０の適用例について説明する。
【００２９】
図３は、本実施形態における蓄電装置を適用した太陽光発電システムの一例を示す構成図である。
図３に示すように、本実施形態における蓄電装置２０を適用した太陽光発電システム（電源システム）は、概略、例えば、蓄電装置２０と、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などからなる太陽電池３１と、充電回路３４及び放電回路３５を有する電源装置３３と、交流変換回路３７と、を有して構成される。太陽電池３１（例えば、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池など）により発生される直流電流は、先ず充電回路３４を介して蓄電装置２０に蓄電される。そして、蓄電された直流電流は、放電回路３５を介して放電され、交流変換回路３７により１００Ｖの交流に変換されて家庭内において利用される。また、交流変換回路３７は電力会社の電力系統に接続されており、家庭内の需要電力に対して蓄電装置２０の出力が不足する場合に、商用電源を取り入れて家庭内に供給する。
【００３０】
本実施形態における蓄電装置２０は、上述のように、例えば複数の電気二重層キャパシタ１０を積層して構成され、各電気二重層キャパシタ１０は導電性ポリマーフィルムからなる電極を備えて、高い信頼性を有して長寿命を有している。このため、例えば所定の使用時間毎に蓄電装置２０を交換するようなメンテナンスが殆ど不要となる。そこで、本実施形態における蓄電装置２０を、例えば屋根裏や、床下、壁の中など、家屋内の空きスペース（デッドスペース）内に埋め込み、メンテナンスを行わないようにしても支障がない。
【００３１】
図４は、本実施形態における蓄電装置を適用した電源システムを壁に埋め込んだ場合の配置構成の一例を示す図である。同図（ａ）は電気二重層キャパシタ１０を縦置きにして横方向に積層した場合の蓄電装置２０Ａを、充電回路３４及び放電回路３５からなる電源装置３３と共に壁に埋め込んだ場合の配置構成の例を示し、同図（ｂ）は電気二重層キャパシタ１０を横置きにして縦方向に積層した場合の蓄電装置２０Ｂを電源装置３３と共に壁に埋め込んだ場合の配置構成の例を示す。
【００３２】
ここで、電気二重層キャパシタの具体的な必要容量について検討する。電気二重層キャパシタのエネルギー密度を約“７０ｗｈ／Ｌ”とし、一般家庭における夜間“２ｋｗ／ｈ”平均での“６”時間分の電力供給を賄う場合、約“１７０Ｌ”の容量の電気二重層キャパシタが必要となる。
【００３３】
一方、壁内の厚さ方向のスペースを１０ｃｍ、横方向の長さを９０ｃｍ、縦方向の長さを１８０ｃｍとした半間（９０ｃｍ）分の壁内には、５０ｃｍ×１４０ｃｍ×６ｃｍ＝４２Ｌ分の電気二重層キャパシタを設置することができる。つまり、２間（３６０ｃｍ）分の壁内に蓄電装置を設置すれば、およそ夜間の６時間分の電力供給を賄うことができると考えられる。
【００３４】
〔変形例〕
次に、図１で示した電気二重層キャパシタ１０の変形例について説明する。
図５は、本実施形態における電気二重層キャパシタの構造の変形例を示す図である。
電気二重層キャパシタ１０の導電性ポリマーフィルム１５は、一般に金属と比較すると導電率が低い。そこで、スパッタリングや真空蒸着などの公知の手法を用いて、導電性ポリマーフィルム１５の表面に金属膜を形成することにしても良い。この場合の好適な金属としては、例えばアルミニウム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどが挙げられる。
【００３５】
図５（ａ）は、導電性ポリマーフィルム１５の外部に露出した面（外面）と、分極性電極に接触している面（内面）との両面に金属膜５１を形成した場合の電気二重層キャパシタ５０の断面図である。また、導電性ポリマーフィルム１５の外面と内面との両面に金属膜５１を形成するのではなく、外面にのみ金属膜５１を形成しても良い。図５（ｂ）は、この場合の電気二重層キャパシタ６０の断面図である。
【００３６】
このように、導電性ポリマーフィルム１５の表面に金属膜を形成することで、電極の電気抵抗を低減させて、電気二重層キャパシタの電気的特性を向上させることができる。
【００３７】
また、電気二重層キャパシタ１０は、一対、即ち２層の分極性電極１１として説明したが、３層以上の構成であってもよいことは勿論である。その場合、各層間にセパレータ１２が介在し、最外側層の分極性電極を覆うように導電性ポリマーフィルムが設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における電気二重層キャパシタの構造を示す図。
【図２】本実施形態における電気二重層キャパシタを適用した蓄電装置の一構成例の概念を示す概略構成図。
【図３】本実施形態における蓄電装置を適用した太陽光発電システムの一例を示す構成図。
【図４】本実施形態における蓄電装置を適用した電源システムの配置構成の一例を示す図。
【図５】本実施形態における電気二重層キャパシタの構造の変形例を示す図。
【図６】従来の電気二重層キャパシタの構造を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１０          電気二重層キャパシタ
１１          分極性電極
１２          セパレータ
１３          キャパシタ素子
１５          導電性ポリマーフィルム
１７          高分子フィルム
１９          溶着接合部分
２０          蓄電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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